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1、本章要点本章要点设备管理的主要功能、模型设备管理的主要功能、模型设备管理的主要功能、模型设备管理的主要功能、模型I/OI/OI/OI/O子系统的组成、结构子系统的组成、结构子系统的组成、结构子系统的组成、结构设备的控制、设备的控制、设备的控制、设备的控制、I/OI/OI/OI/O控制控制控制控制设备的类型设备的类型设备的类型设备的类型设备分配设备分配设备分配设备分配I/OI/OI/OI/O缓冲技术缓冲技术缓冲技术缓冲技术虚拟设备与虚拟设备与虚拟设备与虚拟设备与SPOOLingSPOOLingSPOOLingSPOOLing系统系统系统系统磁盘设备的管理磁盘设备的管理磁盘设备的管理磁盘设备的管理
2、第1页/共153页4.1 4.1 4.1 4.1 设备管理概述设备管理概述设备管理概述设备管理概述第2页/共153页设备管理的主要功能设备管理的主要功能设备管理的主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配设备分配设备分配 设备映射设备映射设备映射设备映射设备驱动设备驱动设备驱动设备驱动I/OI/OI/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理缓冲区的管理缓冲区的管理 第3页/共153页设备分配设备分配设备分配设备分配 多道程序系统中的设备不允许用户直接使用，而是由操作系统统一调度和控制。多道程序系统中的设备不允许用户直接使用，而是由操作系统统一调度和控制。多道程序系统中的设备不允许用户直接使用，而是由
3、操作系统统一调度和控制。多道程序系统中的设备不允许用户直接使用，而是由操作系统统一调度和控制。设备分配功能是设备管理的基本任务。设备分配功能是设备管理的基本任务。设备分配功能是设备管理的基本任务。设备分配功能是设备管理的基本任务。设备分配程序设备分配程序设备分配程序设备分配程序按照一定的策略，为申请设备的用户进程分配设备，记录设备的使用情况按照一定的策略，为申请设备的用户进程分配设备，记录设备的使用情况按照一定的策略，为申请设备的用户进程分配设备，记录设备的使用情况按照一定的策略，为申请设备的用户进程分配设备，记录设备的使用情况 第4页/共153页设备管理的主要功能设备管理的主要功能设备管理的
4、主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配设备分配设备分配 设备映射设备映射设备映射设备映射设备驱动设备驱动设备驱动设备驱动I/OI/OI/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理缓冲区的管理缓冲区的管理 第5页/共153页设备映射设备映射设备映射设备映射 为为为为了了了了提提提提高高高高应应应应用用用用软软软软件件件件对对对对运运运运行行行行平平平平台台台台的的的的适适适适应应应应能能能能力力力力，方方方方便便便便实实实实现现现现应应应应用用用用软软软软件件件件I/OI/OI/OI/O重重重重定定定定向向向向，大大大大多多多多数数数数现现现现代代代代操操操操作作作作系系系系统统统统均均均均支支支支
5、持持持持应应应应用用用用软软软软件件件件对对对对设设设设备备备备的的的的无无无无关关关关性性性性，即即即即通通通通常常常常所所所所说说说说的的的的设设设设备备备备无无无无关性关性关性关性，或者，或者，或者，或者设备独立性设备独立性设备独立性设备独立性。设设设设备备备备无无无无关关关关性性性性：应应应应用用用用软软软软件件件件所所所所引引引引用用用用的的的的、用用用用于于于于实实实实现现现现I/OI/OI/OI/O操操操操作作作作的的的的设设设设备备备备与与与与物物物物理理理理I/OI/OI/OI/O系系系系统统统统中中中中实实实实际际际际安安安安装装装装的设备没有固定的联系。的设备没有固定的联
6、系。的设备没有固定的联系。的设备没有固定的联系。第6页/共153页设备映射设备映射设备映射设备映射 逻辑设备和物理设备逻辑设备和物理设备逻辑设备和物理设备逻辑设备和物理设备 逻逻逻逻辑辑辑辑设设设设备备备备是是是是指指指指，应应应应用用用用软软软软件件件件所所所所引引引引用用用用的的的的用用用用于于于于实实实实现现现现I/OI/OI/OI/O操作的设备。操作的设备。操作的设备。操作的设备。物物物物理理理理设设设设备备备备则则则则指指指指，物物物物理理理理I/OI/OI/OI/O系系系系统统统统中中中中实实实实际际际际安安安安装装装装的的的的设备。设备。设备。设备。从从从从应应应应用用用用软软软
7、软件件件件的的的的角角角角度度度度看看看看，逻逻逻逻辑辑辑辑设设设设备备备备是是是是一一一一类类类类物物物物理理理理设设设设备备备备的的的的抽抽抽抽象象象象。从从从从操操操操作作作作系系系系统统统统设设设设备备备备管管管管理程序的角度看，物理设备则是某种逻辑设备的实例。理程序的角度看，物理设备则是某种逻辑设备的实例。理程序的角度看，物理设备则是某种逻辑设备的实例。理程序的角度看，物理设备则是某种逻辑设备的实例。第7页/共153页设备映射设备映射设备映射设备映射如如如如果果果果某某某某系系系系统统统统支支支支持持持持设设设设备备备备无无无无关关关关性性性性，那那那那么么么么该该该该系系系系统统统
8、统中中中中应应应应用用用用软软软软件件件件所所所所引引引引用用用用的的的的逻辑设备与实际安装的物理设备没有固定的联系。逻辑设备与实际安装的物理设备没有固定的联系。逻辑设备与实际安装的物理设备没有固定的联系。逻辑设备与实际安装的物理设备没有固定的联系。事事事事实实实实上上上上，在在在在应应应应用用用用软软软软件件件件运运运运行行行行期期期期间间间间，操操操操作作作作系系系系统统统统的的的的设设设设备备备备管管管管理理理理程程程程序序序序必必必必须须须须将该应用软件将该应用软件将该应用软件将该应用软件对逻辑设备的引用转换成对相关物理设备的引用对逻辑设备的引用转换成对相关物理设备的引用对逻辑设备的引
9、用转换成对相关物理设备的引用对逻辑设备的引用转换成对相关物理设备的引用。设设设设备备备备管管管管理理理理的的的的这这这这种种种种功功功功能能能能称称称称为为为为逻逻逻逻辑辑辑辑设设设设备备备备到到到到物物物物理理理理设设设设备备备备的的的的映映映映射射射射功功功功能能能能，简简简简称称称称设备映射功能设备映射功能设备映射功能设备映射功能。第8页/共153页设备管理的主要功能设备管理的主要功能设备管理的主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配设备分配设备分配 设备映射设备映射设备映射设备映射设备驱动设备驱动设备驱动设备驱动I/OI/OI/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理缓冲区的管理缓冲区的管
10、理 第9页/共153页设备驱动设备驱动设备驱动设备驱动 又称设备处理，指对物理设备进行控制，以实现真正的又称设备处理，指对物理设备进行控制，以实现真正的又称设备处理，指对物理设备进行控制，以实现真正的又称设备处理，指对物理设备进行控制，以实现真正的I/OI/OI/OI/O操作。操作。操作。操作。设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动的的的的主主主主要要要要任任任任务务务务是是是是：接接接接收收收收上上上上层层层层软软软软件件件件发发发发来来来来的的的的抽抽抽抽象象象象服服服服务务务务请请请请求求求求，例例例例如如如如读读读读/写写写写命命命命令令令令，再再再再把把把把它它它它转转转转换换换换为为为为
11、具具具具体体体体要要要要求求求求，通通通通过过过过一一一一系系系系列列列列的的的的I/OI/OI/OI/O指指指指令令令令，控控控控制制制制设设设设备备备备完完完完成成成成请请请请求求求求的的的的操操操操作作作作；同同同同时时时时，设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序还还还还将将将将设设设设备备备备发来的有关信号传送给上层软件，例如设备是否已损坏等。发来的有关信号传送给上层软件，例如设备是否已损坏等。发来的有关信号传送给上层软件，例如设备是否已损坏等。发来的有关信号传送给上层软件，例如设备是否已损坏等。第10页/共153页设备驱动设备驱动设备驱动设备驱动设备驱动程序与硬件密切相关，
12、应为每一类设备配置一种驱动设备驱动程序与硬件密切相关，应为每一类设备配置一种驱动设备驱动程序与硬件密切相关，应为每一类设备配置一种驱动设备驱动程序与硬件密切相关，应为每一类设备配置一种驱动程序。程序。程序。程序。设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系统的要求组织编设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系统的要求组织编设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系统的要求组织编设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系统的要求组织编写，操作系统仅对与设备驱动的接口提出要求，一般不负责具写，操作系统仅对与设备驱动的接口提出要求，一般不负责具写，操作系统仅对与设备驱动的接口提出要求，一般不负责具写，操作系
13、统仅对与设备驱动的接口提出要求，一般不负责具体设备驱动程序的编写。体设备驱动程序的编写。体设备驱动程序的编写。体设备驱动程序的编写。有时候，某些硬件无法在某种操作系统中使用，原因很可能就有时候，某些硬件无法在某种操作系统中使用，原因很可能就有时候，某些硬件无法在某种操作系统中使用，原因很可能就有时候，某些硬件无法在某种操作系统中使用，原因很可能就是没有专门的或通用的设备驱动程序，或者设备驱动程序设计是没有专门的或通用的设备驱动程序，或者设备驱动程序设计是没有专门的或通用的设备驱动程序，或者设备驱动程序设计是没有专门的或通用的设备驱动程序，或者设备驱动程序设计有问题，使得设备无法正常工作。有问题
14、，使得设备无法正常工作。有问题，使得设备无法正常工作。有问题，使得设备无法正常工作。第11页/共153页设备管理的主要功能设备管理的主要功能设备管理的主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配设备分配设备分配 设备映射设备映射设备映射设备映射设备驱动设备驱动设备驱动设备驱动I/OI/OI/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理缓冲区的管理缓冲区的管理 第12页/共153页I/OI/OI/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理缓冲区的管理缓冲区的管理为为为为了了了了缓缓缓缓和和和和处处处处理理理理机机机机与与与与外外外外部部部部设设设设备备备备间间间间速速速速度度度度不不不不匹匹匹匹配配配配的的的的矛矛矛
15、矛盾盾盾盾，提提提提高高高高处处处处理理理理机机机机和和和和外外外外部部部部设设设设备备备备间间间间的的的的并并并并行行行行性性性性，现现现现代代代代操操操操作作作作系系系系统统统统大大大大都都都都在在在在设设设设备备备备管管管管理理理理部部部部分分分分引引引引入了入了入了入了缓冲技术缓冲技术缓冲技术缓冲技术。通常，缓冲区是指通常，缓冲区是指通常，缓冲区是指通常，缓冲区是指内存内存内存内存中的若干区域，用于缓存进程与外部设中的若干区域，用于缓存进程与外部设中的若干区域，用于缓存进程与外部设中的若干区域，用于缓存进程与外部设备间的数据传输。又称为备间的数据传输。又称为备间的数据传输。又称为备间的
16、数据传输。又称为I/OI/OI/OI/O缓冲区。缓冲区。缓冲区。缓冲区。I/OI/OI/OI/O缓冲区管理的任务是：组织缓冲区管理的任务是：组织缓冲区管理的任务是：组织缓冲区管理的任务是：组织I/OI/OI/OI/O缓冲区，并为使用者提供获缓冲区，并为使用者提供获缓冲区，并为使用者提供获缓冲区，并为使用者提供获得和释放得和释放得和释放得和释放I/OI/OI/OI/O缓冲区的手段。缓冲区的手段。缓冲区的手段。缓冲区的手段。第13页/共153页通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型 将设备管理功能模块分为设备将设备管理功能模块分为设备将设备管理功能模块分为
17、设备将设备管理功能模块分为设备硬件无关硬件无关硬件无关硬件无关以及设备以及设备以及设备以及设备硬件相关硬件相关硬件相关硬件相关两个层次。两个层次。两个层次。两个层次。设备硬件无关层主要实现：设备硬件无关层主要实现：设备硬件无关层主要实现：设备硬件无关层主要实现：I/OI/OI/OI/O缓冲区管理以及设备映射功能。该层与设备用法有关，与设备硬件无关。缓冲区管理以及设备映射功能。该层与设备用法有关，与设备硬件无关。缓冲区管理以及设备映射功能。该层与设备用法有关，与设备硬件无关。缓冲区管理以及设备映射功能。该层与设备用法有关，与设备硬件无关。一般地，根据设备的用法，该层也可视作虚拟存储系统、文件系统
18、或通信系统的一部分。一般地，根据设备的用法，该层也可视作虚拟存储系统、文件系统或通信系统的一部分。一般地，根据设备的用法，该层也可视作虚拟存储系统、文件系统或通信系统的一部分。一般地，根据设备的用法，该层也可视作虚拟存储系统、文件系统或通信系统的一部分。第14页/共153页通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型 设备硬件相关层将设备硬件无关层与设备硬件隔离开来。设备硬件相关层将设备硬件无关层与设备硬件隔离开来。设备硬件相关层将设备硬件无关层与设备硬件隔离开来。设备硬件相关层将设备硬件无关层与设备硬件隔离开来。从从从从设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件无无
19、无无关关关关层层层层的的的的角角角角度度度度看看看看，设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件相相相相关关关关层层层层为为为为其其其其提提提提供供供供了了了了一一一一个个个个相相相相对对对对简简简简洁洁洁洁的的的的I/OI/OI/OI/O功功功功能能能能接接接接口口口口；该该该该接接接接口口口口屏屏屏屏蔽蔽蔽蔽了了了了设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件复复复复杂杂杂杂的的的的操操操操作作作作细细细细节。节。节。节。从从从从设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件相相相相关关关关层层层层的的的的内内内内部部部部看看看看，该该该该层层层层主主主主要要要要实实实实现现现现设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动功功功功能能能
20、能。毫毫毫毫无疑问，该层与设备硬件密切相关。无疑问，该层与设备硬件密切相关。无疑问，该层与设备硬件密切相关。无疑问，该层与设备硬件密切相关。第15页/共153页通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型用户进程用户进程设备硬件无关层设备硬件无关层设备硬件相关层设备硬件相关层设备硬件设备硬件第16页/共153页支持中断的设备管理模型支持中断的设备管理模型支持中断的设备管理模型支持中断的设备管理模型 用户进程用户进程用户进程用户进程设备硬件设备硬件设备硬件设备硬件内核中断内核中断内核中断内核中断管理模块管理模块管理模块管理模块I/OI/OI/OI/O请求请求请
21、求请求IOCSIOCSIOCSIOCS资源等待队列资源等待队列资源等待队列资源等待队列I/OI/OI/OI/O等待队列等待队列等待队列等待队列设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序启动过程启动过程启动过程启动过程|继续过程继续过程继续过程继续过程设备中断设备中断设备中断设备中断第17页/共153页4.2 4.2 4.2 4.2 计算机计算机计算机计算机I/OI/OI/OI/O子系统的组成子系统的组成子系统的组成子系统的组成 第18页/共153页总线型总线型总线型总线型I/OI/OI/OI/O系统的结构系统的结构系统的结构系统的结构处理机处理机I/OI/OI/OI/O设备设备I/OI/
22、OI/OI/O设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备系统总线系统总线内存内存第19页/共153页通道型通道型通道型通道型I/OI/OI/OI/O系统的结构系统的结构系统的结构系统的结构处理机处理机I/OI/OI/OI/O设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备I/OI/OI/OI/O通道通道I/OI/OI/OI/O通道通道系统总线系统总线内存内存I/OI/OI/OI/O通道通道I/OI/OI/OI/O设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备第20页/共153页具有控
23、制器的具有控制器的具有控制器的具有控制器的I/OI/OI/OI/O系统结构系统结构系统结构系统结构 传统的设备传统的设备传统的设备传统的设备 =机械部分机械部分机械部分机械部分 +电子部分电子部分电子部分电子部分电子部分在系统的控制下驱动机械部分运转，完成电子部分在系统的控制下驱动机械部分运转，完成电子部分在系统的控制下驱动机械部分运转，完成电子部分在系统的控制下驱动机械部分运转，完成I/OI/OI/OI/O操作。操作。操作。操作。由由由由于于于于设设设设备备备备中中中中电电电电子子子子部部部部分分分分比比比比机机机机械械械械部部部部分分分分的的的的速速速速度度度度快快快快得得得得多多多多。为
24、为为为了了了了降降降降低低低低硬硬硬硬件件件件成成成成本本本本，将将将将电电电电子子子子部部部部分分分分从从从从设设设设备备备备中中中中分分分分离离离离出出出出来来来来作作作作为为为为一一一一个个个个独独独独立立立立的的的的部部部部件件件件，这这这这就是就是就是就是控制器控制器控制器控制器。分分分分离离离离之之之之后后后后的的的的设设设设备备备备仅仅仅仅由由由由机机机机械械械械部部部部分分分分构构构构成成成成，一一一一个个个个控控控控制制制制器器器器可可可可与与与与多多多多个个个个设设设设备备备备相相相相连连连连，交交交交替替替替地地地地或或或或分分分分时时时时地地地地控控控控制制制制与与与与
25、其其其其相相相相连连连连的的的的设设设设备备备备。例例例例如如如如，磁磁磁磁盘盘盘盘控控控控制制制制器可以控制多个磁盘驱动器。器可以控制多个磁盘驱动器。器可以控制多个磁盘驱动器。器可以控制多个磁盘驱动器。第21页/共153页具有控制器的具有控制器的具有控制器的具有控制器的I/OI/OI/OI/O系统结构系统结构系统结构系统结构处理机处理机控制器控制器I/OI/OI/OI/O设备设备I/OI/OI/OI/O通道通道系统总线系统总线内存内存I/OI/OI/OI/O通道通道控制器控制器I/OI/OI/OI/O设备设备控制器控制器控制器控制器I/OI/OI/OI/O设备设备I/OI/OI/OI/O设备
26、设备I/OI/OI/OI/O设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备第22页/共153页设备的控制设备的控制设备的控制设备的控制设备的寻址与操作设备的寻址与操作 从处理机的角度看，各种外部设备可以看作是由一组设备寄存器组成的。从处理机的角度看，各种外部设备可以看作是由一组设备寄存器组成的。从处理机的角度看，各种外部设备可以看作是由一组设备寄存器组成的。从处理机的角度看，各种外部设备可以看作是由一组设备寄存器组成的。常见的设备寄存器有：操作方式寄存器、命令寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。常见的设备寄存器有：操作方式寄存器、命令寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。常见的设备寄存器有：操作方式寄存器
27、、命令寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。常见的设备寄存器有：操作方式寄存器、命令寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。为了使为了使为了使为了使CPUCPUCPUCPU能够寻址这些设备寄存器，硬件平台引入了能够寻址这些设备寄存器，硬件平台引入了能够寻址这些设备寄存器，硬件平台引入了能够寻址这些设备寄存器，硬件平台引入了I/OI/OI/OI/O端口地址的概念。端口地址的概念。端口地址的概念。端口地址的概念。第23页/共153页设备的控制设备的控制设备的控制设备的控制设备的寻址与操作设备的寻址与操作I/OI/OI/OI/O端口地址的编址方式有两种：端口地址的编址方式有两种：端口地址的编址方式有两种：端口
28、地址的编址方式有两种：（1 1 1 1）将设备寄存器与内存物理单元统一编址；）将设备寄存器与内存物理单元统一编址；）将设备寄存器与内存物理单元统一编址；）将设备寄存器与内存物理单元统一编址；（2 2 2 2）独立于内存物理地址为设备寄存器编址。）独立于内存物理地址为设备寄存器编址。）独立于内存物理地址为设备寄存器编址。）独立于内存物理地址为设备寄存器编址。无无无无论论论论一一一一个个个个设设设设备备备备是是是是否否否否由由由由多多多多个个个个控控控控制制制制器器器器控控控控制制制制，或或或或者者者者一一一一个个个个控控控控制制制制器器器器控控控控制制制制了了了了多少个设备，每一个设备都能通过这
29、些寄存器的地址唯一确定。多少个设备，每一个设备都能通过这些寄存器的地址唯一确定。多少个设备，每一个设备都能通过这些寄存器的地址唯一确定。多少个设备，每一个设备都能通过这些寄存器的地址唯一确定。第24页/共153页设备的控制设备的控制设备的控制设备的控制即插即用即插即用 随着外部设备种类增加，设备间极可能发生冲突。即，设备使用的中断号、随着外部设备种类增加，设备间极可能发生冲突。即，设备使用的中断号、随着外部设备种类增加，设备间极可能发生冲突。即，设备使用的中断号、随着外部设备种类增加，设备间极可能发生冲突。即，设备使用的中断号、DMADMADMADMA、内存地址、端口地址可能、内存地址、端口地
30、址可能、内存地址、端口地址可能、内存地址、端口地址可能因相同或重叠而导致设备无法正常工作。因相同或重叠而导致设备无法正常工作。因相同或重叠而导致设备无法正常工作。因相同或重叠而导致设备无法正常工作。手工调整这些设备的相关参数要求用户具有较多的计算机硬件知识，并对系统配置的硬件有较全面的了解。手工调整这些设备的相关参数要求用户具有较多的计算机硬件知识，并对系统配置的硬件有较全面的了解。手工调整这些设备的相关参数要求用户具有较多的计算机硬件知识，并对系统配置的硬件有较全面的了解。手工调整这些设备的相关参数要求用户具有较多的计算机硬件知识，并对系统配置的硬件有较全面的了解。第25页/共153页设备的
31、控制设备的控制设备的控制设备的控制即插即用即插即用 顾名思义是指，插上了就可使用，不需要用户进行其它设置。顾名思义是指，插上了就可使用，不需要用户进行其它设置。顾名思义是指，插上了就可使用，不需要用户进行其它设置。顾名思义是指，插上了就可使用，不需要用户进行其它设置。“即即即即插插插插即即即即用用用用”技技技技术术术术取取取取消消消消了了了了跳跳跳跳线线线线和和和和软软软软件件件件配配配配置置置置程程程程序序序序，当当当当用用用用户户户户插插插插入入入入一一一一个个个个“即即即即插插插插即即即即用用用用”适适适适配配配配卡卡卡卡或或或或设设设设备备备备时时时时，“即即即即插插插插即即即即用用用
32、用”功能就可以自动进行检测，配置相应的接口参数，并安装相应的驱动程序。功能就可以自动进行检测，配置相应的接口参数，并安装相应的驱动程序。功能就可以自动进行检测，配置相应的接口参数，并安装相应的驱动程序。功能就可以自动进行检测，配置相应的接口参数，并安装相应的驱动程序。第26页/共153页设备的控制设备的控制设备的控制设备的控制即插即用即插即用 对已安装硬件的自动和动态识别对已安装硬件的自动和动态识别对已安装硬件的自动和动态识别对已安装硬件的自动和动态识别包包包包括括括括系系系系统统统统初初初初始始始始安安安安装装装装时时时时、两两两两次次次次系系系系统统统统启启启启动动动动之之之之间间间间以以
33、以以及及及及运运运运行行行行时时时时发发发发生生生生的的的的硬硬硬硬件件件件事事事事件件件件（如笔记本的对接（如笔记本的对接（如笔记本的对接（如笔记本的对接/分离以及设备的插入分离以及设备的插入分离以及设备的插入分离以及设备的插入/拔出）的响应；拔出）的响应；拔出）的响应；拔出）的响应；配合操作系统分配配合操作系统分配配合操作系统分配配合操作系统分配/再分配硬件资源再分配硬件资源再分配硬件资源再分配硬件资源 加载相应的驱动程序。加载相应的驱动程序。加载相应的驱动程序。加载相应的驱动程序。当当当当系系系系统统统统中中中中加加加加入入入入新新新新设设设设备备备备时时时时，如如如如果果果果操操操操作
34、作作作系系系系统统统统中中中中没没没没有有有有集集集集成成成成相相相相应应应应设设设设备备备备的的的的驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序，则会要求用户指定驱动程序的位置并完成驱动程序的安装。则会要求用户指定驱动程序的位置并完成驱动程序的安装。则会要求用户指定驱动程序的位置并完成驱动程序的安装。则会要求用户指定驱动程序的位置并完成驱动程序的安装。第27页/共153页设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序一般由设备制造商提供，不包含在操作系统中。设备驱动程序一般由设备制造商提供，不包含在操作系统中。设备驱动程序一般由设备制造商提供，不包含在操作系统中。设备驱动程序一般由设备制造
35、商提供，不包含在操作系统中。但但但但是是是是，为为为为了了了了方方方方便便便便用用用用户户户户，操操操操作作作作系系系系统统统统软软软软件件件件包包包包中中中中通通通通常常常常会会会会集集集集成成成成提提提提供供供供标标标标准准准准的的的的、通通通通用用用用的的的的或或或或者者者者流流流流行行行行的的的的、常常常常用用用用设设设设备备备备厂厂厂厂商商商商的的的的设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序供供供供用用用用户户户户选择。选择。选择。选择。从从从从系系系系统统统统分分分分层层层层的的的的观观观观点点点点来来来来讲讲讲讲，设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序可可可可以
36、以以以是是是是操操操操作作作作系系系系统统统统的的的的一一一一部部部部分，也可以被认为是硬件设备的一部分。分，也可以被认为是硬件设备的一部分。分，也可以被认为是硬件设备的一部分。分，也可以被认为是硬件设备的一部分。第28页/共153页I/OI/O控制方式控制方式控制方式控制方式程序程序I/O方式方式 在早期的计算机系统中，由于没有中断装置，处理机对于在早期的计算机系统中，由于没有中断装置，处理机对于在早期的计算机系统中，由于没有中断装置，处理机对于在早期的计算机系统中，由于没有中断装置，处理机对于I/OI/O设备的控制采取程序设备的控制采取程序设备的控制采取程序设备的控制采取程序I/OI/O方
37、式方式方式方式 也称忙等待方式或循环测试方式。也称忙等待方式或循环测试方式。也称忙等待方式或循环测试方式。也称忙等待方式或循环测试方式。对于读操作，这种方式的基本工作过程为：对于读操作，这种方式的基本工作过程为：对于读操作，这种方式的基本工作过程为：对于读操作，这种方式的基本工作过程为：第29页/共153页处处处处理理理理机机机机向向向向设设设设备备备备(或或或或设设设设备备备备控控控控制制制制器器器器)发发发发出出出出一一一一条条条条I/OI/O指指指指令令令令启启启启动动动动设设设设备备备备、输输输输入入入入数数数数据据据据，同同同同时时时时将将将将状状状状态态态态寄寄寄寄存存存存器中的器
38、中的器中的器中的“忙忙忙忙”标志置为标志置为标志置为标志置为1 1。处处处处理理理理机机机机不不不不断断断断地地地地循循循循环环环环测测测测试试试试忙忙忙忙标标标标志志志志，直直直直到到到到忙忙忙忙标标标标志志志志变为变为变为变为0 0；处处处处理理理理机机机机通通通通过过过过I/OI/O读读读读指指指指令令令令将将将将数数数数据据据据从从从从数数数数据据据据寄寄寄寄存存存存器器器器中取出，送入内存中指定单元；中取出，送入内存中指定单元；中取出，送入内存中指定单元；中取出，送入内存中指定单元；若若若若数数数数据据据据已已已已读读读读完完完完，则则则则结结结结束束束束本本本本过过过过程程程程，否
39、否否否则则则则转转转转，继续读下一个数据。继续读下一个数据。继续读下一个数据。继续读下一个数据。在在在在程程程程序序序序I/OI/O方方方方式式式式中中中中，由由由由于于于于处处处处理理理理机机机机的的的的速速速速度度度度非非非非常常常常快快快快，而而而而设设设设备备备备的的的的速速速速度度度度相相相相对对对对较较较较慢慢慢慢，使使使使得得得得处处处处理理理理机机机机的的的的绝绝绝绝大大大大部部部部分分分分时时时时间间间间都都都都处处处处于于于于等等等等待待待待设设设设备备备备完完完完成成成成数数数数据据据据I/OI/O的循环测试中，造成对的循环测试中，造成对的循环测试中，造成对的循环测试中，
40、造成对CPUCPU的极大浪费。的极大浪费。的极大浪费。的极大浪费。第30页/共153页I/OI/O控制方式控制方式控制方式控制方式中断中断I/O方式方式对于读操作，中断方式的基本工作过程为：对于读操作，中断方式的基本工作过程为：对于读操作，中断方式的基本工作过程为：对于读操作，中断方式的基本工作过程为：处处处处理理理理机机机机向向向向设设设设备备备备(或或或或设设设设备备备备控控控控制制制制器器器器)发发发发出出出出一一一一条条条条I/OI/OI/OI/O指令，启动设备，输入数据；指令，启动设备，输入数据；指令，启动设备，输入数据；指令，启动设备，输入数据；处理机完成其它工作，设备准备数据；处
41、理机完成其它工作，设备准备数据；处理机完成其它工作，设备准备数据；处理机完成其它工作，设备准备数据；当当当当设设设设备备备备准准准准备备备备好好好好数数数数据据据据并并并并将将将将数数数数据据据据存存存存入入入入数数数数据据据据寄寄寄寄存存存存器器器器，向处理机发中断信号，告之数据已准备好；向处理机发中断信号，告之数据已准备好；向处理机发中断信号，告之数据已准备好；向处理机发中断信号，告之数据已准备好；处处处处理理理理机机机机响响响响应应应应中中中中断断断断请请请请求求求求，从从从从数数数数据据据据寄寄寄寄存存存存器器器器中中中中将将将将数数数数据取出，送入内存的指定单元；据取出，送入内存的指
42、定单元；据取出，送入内存的指定单元；据取出，送入内存的指定单元；若数据已读完，结束。否则，转若数据已读完，结束。否则，转若数据已读完，结束。否则，转若数据已读完，结束。否则，转，继续。，继续。，继续。，继续。中中中中断断断断方方方方式式式式控控控控制制制制I/OI/OI/OI/O的的的的优优优优点点点点在在在在于于于于，设设设设备备备备与与与与处处处处理理理理机机机机并并并并行行行行，提提提提高高高高了了了了处处处处理理理理机机机机的的的的利利利利用用用用率率率率。性性性性能能能能优优优优于于于于程程程程序控制序控制序控制序控制I/OI/OI/OI/O方式。方式。方式。方式。第31页/共153
43、页I/OI/O控制方式控制方式控制方式控制方式DMA方式方式中断中断中断中断I/OI/O比程序比程序比程序比程序I/OI/O方式高效，但以字方式高效，但以字方式高效，但以字方式高效，但以字/字节为传输单位。每完字节为传输单位。每完字节为传输单位。每完字节为传输单位。每完成一个字成一个字成一个字成一个字/字节的传输，设备均要向字节的传输，设备均要向字节的传输，设备均要向字节的传输，设备均要向CPUCPU请求一次中断。请求一次中断。请求一次中断。请求一次中断。对于块设备而言，这种方式的效率还是显得有些低下。因为，对于块设备而言，这种方式的效率还是显得有些低下。因为，对于块设备而言，这种方式的效率还
44、是显得有些低下。因为，对于块设备而言，这种方式的效率还是显得有些低下。因为，频繁的、大量的中断所累积的开销很大。频繁的、大量的中断所累积的开销很大。频繁的、大量的中断所累积的开销很大。频繁的、大量的中断所累积的开销很大。为了进一步减少处理机对为了进一步减少处理机对为了进一步减少处理机对为了进一步减少处理机对I/OI/O事务的干预，出现了事务的干预，出现了事务的干预，出现了事务的干预，出现了 DMADMA（Direct Memory Access)Direct Memory Access)直接存储器访问直接存储器访问直接存储器访问直接存储器访问方式。方式。方式。方式。第32页/共153页DMAD
45、MADMADMA的特点的特点的特点的特点数据传输的基本单位是数据传输的基本单位是数据传输的基本单位是数据传输的基本单位是数据块数据块数据块数据块；数据直接从设备送入内存，或者直接从内存送入设备；数据直接从设备送入内存，或者直接从内存送入设备；数据直接从设备送入内存，或者直接从内存送入设备；数据直接从设备送入内存，或者直接从内存送入设备；仅仅仅仅在在在在传传传传送送送送一一一一个个个个或或或或多多多多个个个个数数数数据据据据块块块块的的的的开开开开始始始始和和和和结结结结束束束束时时时时，才才才才需需需需要要要要处处处处理理理理机机机机的的的的干预。干预。干预。干预。与与与与中中中中断断断断方方
46、方方式式式式相相相相比比比比，DMADMADMADMA方方方方式式式式大大大大大大大大减减减减少少少少了了了了数数数数据据据据I/OI/OI/OI/O对对对对处处处处理理理理机机机机的的的的占占占占用用用用，进进进进一一一一步步步步提提提提高高高高了了了了处处处处理理理理机机机机的的的的利利利利用用用用率率率率，提提提提高高高高了了了了处处处处理理理理机机机机和和和和I/OI/OI/OI/O设设设设备备备备的的的的并并并并行行行行操作能力。操作能力。操作能力。操作能力。第33页/共153页I/OI/O控制方式控制方式控制方式控制方式I/OI/O通道方式通道方式通通通通道道道道相相相相当当当当于
47、于于于一一一一个个个个功功功功能能能能单单单单纯纯纯纯的的的的处处处处理理理理机机机机，专专专专门门门门用用用用于于于于处处处处理理理理I/OI/OI/OI/O操操操操作作作作。通通通通道道道道有有有有自自自自己己己己的的的的运运运运控控控控部部部部件件件件和和和和指指指指令令令令系系系系统统统统，但但但但没没没没有有有有专专专专门门门门的的的的内内内内存存存存，而而而而是是是是通通通通过过过过“周期窃用周期窃用周期窃用周期窃用”方式与主机共享内存。方式与主机共享内存。方式与主机共享内存。方式与主机共享内存。通道通过执行通道程序来完成通道通过执行通道程序来完成通道通过执行通道程序来完成通道通过
48、执行通道程序来完成I/OI/OI/OI/O操作。操作。操作。操作。通通通通道道道道程程程程序序序序是是是是通通通通道道道道指指指指令令令令的的的的有有有有序序序序序序序序列列列列，它它它它由由由由系系系系统统统统中中中中的的的的输输输输入入入入/输输输输出出出出进进进进程程程程根根根根据据据据用用用用户户户户进进进进程程程程的的的的I/OI/OI/OI/O要要要要求求求求来来来来确确确确定定定定，可可可可以以以以是是是是事事事事先先先先编编编编制制制制好好好好的的的的程程程程序序序序段段段段，也也也也可可可可以以以以动动动动态态态态产产产产生生生生。通道程序以及需要与设备交换的数据均放置在内存
49、中。通道程序以及需要与设备交换的数据均放置在内存中。通道程序以及需要与设备交换的数据均放置在内存中。通道程序以及需要与设备交换的数据均放置在内存中。第34页/共153页I/OI/O控制方式控制方式控制方式控制方式I/OI/O通道方式通道方式一一一一条条条条通通通通道道道道指指指指令令令令可可可可以以以以传传传传送送送送一一一一组组组组数数数数据据据据，一一一一个个个个通通通通道道道道程程程程序序序序可可可可以以以以传传传传送送送送多多多多组组组组数数数数据据据据。多多多多组组组组数数数数据据据据全全全全部部部部传传传传送送送送完完完完毕毕毕毕后后后后(即即即即一一一一个个个个通通通通道道道道程
50、程程程序序序序执执执执行行行行完完完完毕毕毕毕)，才向处理机发出一次中断。才向处理机发出一次中断。才向处理机发出一次中断。才向处理机发出一次中断。通通通通道道道道不不不不仅仅仅仅可可可可以以以以传传传传送送送送数数数数据据据据，更更更更重重重重要要要要的的的的是是是是它它它它还还还还完完完完成成成成对对对对设设设设备备备备的的的的控控控控制制制制。在在在在通通通通道道道道的的的的协协协协助助助助下下下下，主主主主机机机机只只只只需需需需发发发发出出出出一一一一个个个个启启启启动动动动通通通通道道道道、执执执执行行行行通通通通道道道道程程程程序序序序的的的的指指指指令令令令即即即即可可可可。主主